泡沫穩定性探究范文

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《廣東建材雜志》2014年第十期

泡沫的穩定性取決于泡沫液膜的厚度以及液膜的機械強度等。液膜的機械強度主要由發泡劑決定，外加劑也有一定的影響，另外外加劑會影響泡沫的自我修復能力；液膜的厚度主要取決于稀釋比和發泡壓力等。

1發泡壓力對泡沫穩定性的影響

傳統的攪拌式使得發出的泡沫不均勻，含水率高（穩定性較差），本實驗采用FD-10型發泡機空氣壓縮發泡。經空氣壓縮發出的氣泡細小均勻、含水率低（穩定性好）；空氣壓縮發泡對泡沫影響最大的是泡沫的液膜厚度，液膜厚度直接影響泡沫的穩定性。發泡壓力太小，發泡劑沒有充分發出泡沫，含液率較高，液膜中的液體在自重下排液速率過大導致泡沫易破；發泡壓力過大，則發出泡沫液膜太薄，自我修復能力較差容易破。兩者反映出來的結果都是泌水量高。實驗結果見表2。實驗以1:15稀釋比配置發泡液，從圖中可以看出，發泡壓力在0.6MPa時泡沫容重最小，泌水量也最低。分析其原因：0.4MPa時，因為發泡壓力不足，發泡不充分，泡沫液膜含液量較大且泡沫之間的泡間水較多，泡沫容重較大；與此同時，泡沫的破裂主要是重力排液作用，液膜越厚排液速率越高，因此泌水量較高。0.5MPa壓力有所提高，泡間水減少，泡沫容重降低；這個壓力下發出的泡沫其破裂由重力排液、表面張力排液和氣泡內氣體擴散三者共同決定，由于影響泡沫破裂的因素較多，泡沫更容易破裂，其泌水量反而增大。0.6MPa時，發泡壓力達到最佳值，發泡充分，泡間水減小到最低值，泡沫容重也隨著降到最低；而此時影響泡沫破裂的因素主要是氣泡內氣體擴散，氣體擴散造成泡沫破裂的程度較輕，因此泌水量最低。0.7～0.8MPa時，泡沫間的泡間水雖然減小，但由于發泡壓力過大導致泡沫液膜厚度太薄甚至直接破裂、泡沫的自我修復能力急劇下降以至于泡沫的破裂速度反而加快，其容重和泌水量反而都增加。因此，發泡壓力最佳值為0.6MPa。

2發泡劑稀釋比對泡沫穩定性的影響

稀釋比，即發泡劑與水的混合比，也可以理解為發泡劑的濃度。

2.1K型發泡劑稀釋比對泡沫穩定性的影響在0.6MPa的發泡壓力下，探索K發泡劑稀釋比對泡沫穩定性的影響，實驗結果見圖1。從a)和b)可以看出，隨著稀釋比的增大，泡沫容重不斷的增大，泡沫的發泡能力不斷降低。這是因為隨著稀釋比的增大，發泡液的濃度不斷降低，液體的表面張力增大，發泡倍數下降，發泡能力隨之下降；隨著發泡液濃度的降低，泡沫液膜含液量增加，泡沫容重增大。由圖c)可知隨著稀釋比的增大，發泡液濃度降低，泡沫液膜含水率增多且液膜的機械強度降低，不同時間段的泌水量均隨之增大；從圖d)中可以看出，大多數稀釋比情況下所發出的泡沫在前15min泌水量都是最大，而在15～30min之間漸漸地變得平緩，泌水量普遍有所下降，在30～60min泌水量基本上持衡，說明泡沫的破裂基本上都是在前30min，30min以后基本上穩定了。由此可知，稀釋比越低，泡沫穩定性越好；但稀釋比越低，發泡能力越低，發泡成本也越大。綜合考慮發泡能力和泡沫穩定性以及成本問題，本實驗對K型發泡劑取稀釋比為1:15。

2.2Z型發泡劑稀釋比對泡沫穩定性的影響在0.6MPa壓力下，探索Z型發泡劑稀釋比對泡沫穩定性的影響，結果見圖2。圖a)和b)與K型發泡劑類似，隨著稀釋比的增大，泡沫容重不斷增大，發泡能力不斷降低。其原因與K型發泡劑一樣，均是由于發泡劑濃度降低、含水率增大，泡沫液膜含水率高導致容重變大；圖c)可以看出，隨著稀釋比的增大，泌水量先降低，而后升高，在1:30處出現最低值。這是因為在1:30以前，發泡劑濃度過高，泡沫間的泡間水較多，泌水量高；而高于1:30的稀釋比，泡沫液膜較薄，且濃度較低，自我修復能力較差，破裂快，泌水量高；因此Z型發泡劑在發泡壓力為0.6MPa時的最佳稀釋比為1:30。

3減水劑對泡沫穩定性的影響

根據設計配合比關系，按照600kg/m3容重的泡沫混凝土配合比，將外加劑加入到定量好的發泡劑中，通過發泡機發出泡沫，觀察泡沫穩定效果，見表3，實驗結果見圖3。圖3中的a)圖，隨著萘系減水劑摻量的增加，泡沫容重先增大后降低，在0.9%摻量處趨于平穩，且均比空白樣高；圖b)中，隨著羧酸減水劑摻量的增大，泡沫容重先降低后增大，0.6%到0.7%摻量處趨于平穩；c)圖與a)圖趨勢相反，發泡能力隨萘系減水劑摻量增加先降低后上升，萘系減水劑摻量為0.9%處出現極小值；d)圖與b)圖趨勢相反，發泡能力隨羧酸減水劑摻量增大先升高后降低，在0.6%到0.7%摻量處出較大，但是兩者均沒有空白樣高。圖e)可以看出，隨著萘系減水劑摻量的增加，泌水量先增大，后降低，在1%的摻量后基本保持不變，在0.9%摻量處出現極大值，在1%摻量處出現極小值，但是均比空白樣的泌水量高，說明萘系減水劑有消泡作用，其理想摻量為1%；圖f)，泌水量隨著羧酸減水劑摻量的增大先降低后升高，在0.7%摻量處出現極小值，而且均比空白樣要低，說明羧酸減水劑有穩泡效果，且最佳摻量為0.7%。分析其原因：由圖3中可知，Ⅰ型發泡劑、D型發泡劑、聚羧酸減水劑以及萘系減水劑都是有機物，它們之間的混合是物理作用，是通過分子之間的氫鍵鏈接。四種有機分子所含的基本官能團都是C-O鍵和O-H鍵，最明顯的差別就在于：Ⅰ型發泡劑和萘系減水劑具有烯烴類C=C鍵，D型發泡劑和羧酸類減水劑具有苯環；然而C=C鍵上的孤對電子對比苯環上的獨對電子對要少得多，因此有機物之間結合時，具有苯環結構的有機物會比只有C=C鍵而沒有苯環結構的有機物結合更牢固，因此無論是Ⅰ型發泡劑還是D型發泡劑，與具有苯環結構的羧酸減水劑耦合時能在泡沫液膜上形成具有更強機械強度的分子膜層從而起到穩泡效果，而與沒有苯環的萘系減水劑耦合時，萘系減水劑只是起到了簡單的稀釋作用，即消泡效果。

4結論

⑴泌水量是衡量泡沫穩定性的核心指標，泡沫的液膜太薄或著太厚都會使泌水量變大。本實驗所用華泰發泡劑最佳的發泡壓力為0.6MPa，最佳稀釋比為1:15時泌水量相對較低，此時發出的泡沫液膜適中，自重排液速度慢，自身修復能力較強，總體呈現泌水量低，穩定性最佳；⑵萘系減水劑與此類型的發泡劑耦合效果較差，具有消泡效果，適宜摻量為1%；⑶羧酸減水劑對此類型發泡劑具有穩泡效果，且摻量在0.7%時穩泡效果最佳。

作者：萬碧蓮單位：東莞市建設工程檢測中心